Vol.19 No.5 王岚等：金刚石表面的金属化 ·463· 3200 2800 2400 液一 2000液p 液+6 H(C:) 1750±20 1600 W(C: B d B18 1200 a±f920±3 W(Co) Q 800 atd 400 02468101214161820 金刚石/Ti界面 Ti膜表面 Ti 质量分数/% C 距离 图1Ti-C系统图 图2金刚石-T膜900℃扩散碳的浓度和 相分布示意图 6相是一种间隙相，其含碳量在900℃时可在10.2%~20.0%之间变动.当Ti与C原子 比为I:1时写为TiC,其结构是NaC型，由2个面心立方点阵叠加而成.碳原子占据Ti的八面 体间隙.当T与C原子比大于1时，碳原子所占间隙存在缺位，但对晶格常数影响很小.因而 物相衍射变化很小.为估算扩散所需的时间，可以假定扩散过程为稳态扩散，并假定δ相及α 相中碳的浓度梯度为线性，当6相层厚度为c时，根据Fick第一定律有： J=dM/A.dt =-D(w(C)-w(C))/ (1) 式(I)中dM为dr时间内碳进人Ti膜的质量，A为表面积，D为碳在ò相中的扩散系数，w(C,)是 δ相在金刚石/Ti膜相界面的碳浓度，w(C,)是6相在6/a相界面的碳浓度.令w(C,)为α相在 6/α相界面的碳浓度，于是有： dM=A(w(C)'-w(C))d (2) 由(1)，(2)式可得： d/dt=-D(w(C)-w(C)/(w(C)'-w(C)) 导出 2=-2Dr(w(C)-w(C))/w(C)'-w(C)) (3) 式(3)是抛物线型的扩散厚度与时间的关系式.在900℃时，w(C)=20.0%,(C)'=10.2%, (C)=0.3%,D=1.78×10-exp(-7000/D.令t=10min,则求得5=0.74μm,对于厚度 0.5μm的Ti膜，最外层已是ò相，因此扩散时间可定为10min 当ò相从900℃冷至室温时，将有α相从6相中析出，因此膜外层组织是6+α相. 1.2X射线衍射分析 为了检测金刚石与T膜扩散处理后的反应及生成物，对以下3种样品进行X射线衍射 分析：(S,)未进行扩散处理的镀Ti金刚石；(S,)已进行扩散处理的镀Ti金刚石；(S,)已进行扩散 处理的镀Ti金刚石，经氢氟酸腐蚀72h,使金刚石表面TC以外的物质溶解，检查在金刚石 与Ti膜界面是否有TC形成. 1.3XPS分析 当Tⅰ与碳结合后，T原子轨道结构中的特征结合能将发生化学位移.通过测得被光子激王 岚等 金 刚石表面 的金 属化 ， ‘ ，尸尸 毯， ‘ 一 液班 妞叼 尸尸 液砧 土 纽 、， ， 口 丫 ， 冷 脚 士 卫 质量分数 图 一 系统图 金 刚石 界 面 膜表 面 距离 图 金刚石 一 膜 ℃ 扩散碳的浓度和 相分布示意图 相是 一种 间隙相 ， 其含碳量 在 ℃ 时可 在 一 之 间变 动 当 与 原子 比为 时写 为 ， 其结构是 型 ， 由 个面心 立方 点 阵叠 加而 成 碳 原子 占据 的八 面 体间 隙 当 与 原 子 比大于 时 ， 碳 原子所 占间 隙存在 缺位 ， 但 对晶格 常数影 响很小 因而 物相 衍 射 变 化很小 为估算扩 散所 需 的 时 间 ， 可 以 假 定 扩 散过 程 为稳 态 扩 散 ， 并 假 定 相 及 相 中碳 的浓度梯度 为线性 当占相 层 厚度 为七时 ， 根 据 第 一定 律有 几扩 一 坎 只 一 只’ 乙 式 中 为 时间 内碳进人 膜 的质量 ， 为表面积 ， 为碳 在 相 中的扩散 系数 ， 乓 是 相 在 金 刚石 膜相 界 面 的碳 浓度 ， 只’是 相 在 相 界 面 的碳 浓 度 · 令 碱 为 相 在 占 相 界 面 的碳浓度 ， 于是 有 ’ 一 戈 由 ， 式 可 得 叼 ‘ 一 一 ， 乓 ’ 一 只 导出 雪 ， 一 《 只 一 只 ’ 只 ’ 一 式 是 抛 物 线 型 的 扩 散 厚 度 与 时 间 的 关 系 式 · 在 ℃ 时 ， 只 · ， 呵只 ’ 一 · ， 、 。 ， 一 一 令 ， 则求得 林 ， 对于 厚度 卜 的 膜 ， 最外层 已 是 相 ， 因此 扩散时 间可定 为 而 当占相 从 ℃ 冷至 室温 时 ， 将有 相从 相 中析 出 ， 因此 膜外层组织是 相 射线衍射分析 为 了 检 测 金 刚石 与 膜 扩散处理 后 的反 应 及 生成 物 ， 对以 下 种 样 品进 行 射线 衍 射 分析 未进行 扩散处理 的镀 金 刚石 已 进 行 扩 散处理 的镀 金 刚石 已 进行 扩 散 处理 的镀 金 刚石 ， 经 氢 氟酸腐蚀 ， 使 金 刚石 表 面 以 外 的物 质 溶解 ， 检 查 在金 刚石 与 膜 界 面是 否 有 形成 分析 当 与碳 结 合后 ， 原 子 轨 道结构 中的特 征结 合能将 发生 化学 位移 通 过 测得 被 光 子激